Giải bài tập Vật lý 9 Bài 14: Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng
BÀI TẬP VỀ CÚNG SUẤT ĐIỆN VÀ ĐIỆN NẪNG SỪ DỤNG A. KIẾN THÚC TRỌNG TÂM 1. Công suất định mức của các dụng cụ điện được ghi trên mỗi dụng cụ điện đó. Công suất định mức của mỗi dụng cụ điện cho biết công suất mà dụng cụ đó tiêu thụ khi hoạt động bình thường. Công thức tính công suất điện : &= UI = I2R = —— = —. R t Công thức tính công của dòng điện : A = ẩ^t = Ult = I2Rt.= — t. R Lưu ý : Để so sánh công suất hoặc điện năng tiêu thụ của các vật khi mắc nối tiếp, sử dụng công thức I2R và A = I2Rt vì trong đoạn mạch mắc nối tiếp có I không đổi. Để so sánh công suất hoặc điện năng tiêu thụ của các vật khi mắc song u2 ư2 song, sử dụng công thức ẩ3 - —— và A = —— t vì trong đoạn mạch R R mắc song song có u không đổi. B. HƯỚNG DẪN TRA LỜI CÂU HỎI TRONG SGK VÀ GIẢI BÀI TẬP TRONG SGK, SBT „ _ u 220 Bài 1. a) Điện trở của bóng đèn là : R = -- = ———- » 645 Q . I 0,341 Công suất của bóng đèn là : ỗ3 = UI = 220.0,341 = 75,02 w. b) Điện năng mà bóng đèn tiêu thụ trong 30 ngày là : 32408640 3600000 9kW.h = 9số. A = ^t = 75,02.4.30.3600 = 32 408 640 J Số đếm của công tơ điện là : N - Bài 2. a) Vì đèn sáng bình thường nên UĐ = 6 V và - 4,5 w. Ampe kế đo cường độ dòng điện của đoạn mạch nối tiếp I - IĐ - Ibl. ...... 4,5 Sô chỉ của ampe kế là : I = —— - -L— = 0,75 A. UĐ 6 Hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở là : ubt = U-UĐ = 9- 6 = 3 V. u 3 Điện trở của biến trở là : R,, = —— = = 4 fì. ' I 0,75 Công suất tiêu thụ điện của biến trở là : 3%, = UbtI = 3.0,75 = 2,25 w. Công của dòng điện sản ra ở biến trở trong 10 phút là : Abt = = 2,25.10.60 = 1 350 J Công của dòng điện sản ra ở toàn đoạn mạch trong 10 phút là : A = Ult = 9.0,75.10.60 = 4 050 J Cách giải khác cho câu h : Điện trở của đèn : Rr, = = 8 £2. IĐ °’75 u 9 Điện trở của đoạn mạch : R = -7- = ■ ■ ■ _■■■■ = 12 £2. I 0,75 Vì đèn và biến trở mắc nối tiếp nên ta có : Rbl = R-RĐ= 12-8 = 4 £2. Cách giỏi khác cho câu c : Công của dòng điện sản ra ở biến trở trong 10 phút là : Abt = UbtIt = 3.0,75.10.60 = 1 350 J Công của dòng điện sản ra ở toàn đoạn mạch trong 10 phút là : A = (^bt + .^Đ)t = (2,25 + 4,5). 10.60*= 4 050 J Bài 3. a) Sơ đồ mạch điện như hình 14.1. Vì bóng đèn và bàn là đều hoạt động bình thường nên công suất tiêu thụ của chúng đúng bằng công suất định mức. Điện trở của bóng đèn : Rj Điện trở của bàn là : R2 ir u2 220 100 2202 'v2 1UUI Điện trở tương đương của đoạn mạch là : = 484 £2 = 48,4 £2. Đ2 Hình 14.1 R _ R,R2 _ 484.48,4 _ Q Rj+R2 484 + 48,4 b) Điện năng mà đoạn mạch này tiêu thụ trong l giờ : u2 2202 „ - Tính theo đơn vị Jun : A = Ult = 1 = ■ .3600 = 3 960 000 J. t 44 - Tính theo đơn vị kW.h : A = -96QQ0Q = l, I kW.h. 3600000 Cách giải khác : Tổng công suất tiêu thụ của đoạn mạch là : = ^> + = ÌOO + ÌOOO = 1100 w u2 2202 Điện trở tương đương của đoạn mạch là : R = = & S0 1 100 Điện nãng mà đoạn mạch này tiêu thụ trong 1 giờ : Tính theo đơn vị jun : A = = 1100.3600 = 3 960 000 J. _ , , • I™, . A _ 3960000 , Tính theo đơn vị kw.h : A = - _ " = 1,1 kW.h. 3600000 14.2. c. D. a) Khi đèn sáng bình thường thì UĐ1 - 220 V và 9°Đ1 = 100W. Điện năng mà bóng đèn tiệu thụ trong 30 ngày là : A = = 0,1.30.4 = 12 kw.h. 484 Q. 2202 b) Điện trở của mỗi đèn là : R, = Công suất của đoạn mạch nối tiếp là : = u2 2202 2R, 2.484 = 50 w. z , ™ ỄP 50 Công suất của mỗi đèn là : 3s, = — = —— = 25 w. c) Khi các đèn mắc nối tiếp thì hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi đèn nhỏ hơn hiệu điện thế của đoạn mạch : U], u2 < u = 220 V. Vì hiệu điện thế sử dụng của mỗi đèn nhỏ hơn hiệu điện thế định mức của chúng nên các đèn không bị hỏng. Điện trở của đèn 220 V - 75 w là : R? = 2drn = 2đm 22Q2 75 645 Q 3?dm 100 Công suất của đoạn mạch là : ẩ3 = 2202 Rị + R2 484 + 645 42,9 w. 42.9 Cường độ dòng điện trong mạch là : I = — = « 0,195 A. u 220 Công suất của đèn 220 V - 100 w là : s®! = I2Rj = 0,1952.484 « 18,4 w. Công suất của đèn 220 V - 75 w là : ^2 = ổ3- = 42,9 - 18,4 = 24,5 w. a) Theo công thức R = —, trong đó hiệu điện thế của các đèn băng nhau nên điện trở của đèn tỉ lệ nghịch với công suất của chúng : Rị_ = ^ r' _ = => R2 = 2,5R, 100 2 ’ 1 b) Theo công thức ẩ® - I2R, trong đó cường độ dòng điện I chạy qua các đèn như nhau nên công suất tiêu thụ của đèn tỉ lệ thuận với điện trở của chúng. Vì R2 = 2,5Rj => = 2’5^1 => đèn 220 V - 40 w sáng hơn. TJ2 2202 Điện trở của đèn 220 V - 100 w là : R, = = 484 Q . • 100 Điện trở của đèn 220 V - 40 w là : R2 = 2,5.484 = 1210 Q. Điện năng mạch điện sử dụng trong 1 giờ là : u2 2202 Ant = "---4 = ,".3600 « 103000 J nt Rj+R2 484 + 1210 c) Khi hai đèn mắc song song thì Uị - u2 = u = 220 V. Các đèn sử dụng đúng hiệu điện thế định mức nên các đèn đều sáng bình thường. Vì 9s! - 100 w > = 40 w nên đèn 220 V - 100 w sáng hơn. Điện năng mạch điện sử dụng trong 1 giờ là : A/z = (^ + ^2)t = (100 + 40).3600 = 504 000 J. T+2 Ị 1 n2 a) Điện trở của bàn là : R, = *dm = 2^- = 22 Q. ^đm 550 TJ2. 1102 Điện trở của bóng đèn : R2 = 2dm = ——— = 302,5 Q. 2 ga 40 ^2đm b) Không thể mắc nối tiếp bàn là và bóng đèn vào hiệu điện thế 220 V được , , _ U, vì bóng đèn sẽ cháy. Thật vậy : -ỵý- R, 302,5 Rị + Rọ 220 22 + 302,5 £ị-=Í+ = 5A. R, 22 u2 « 205 V U2đm = 110 V nên bóng đèn sẽ cháy. c) Cường độ dòng điện định mức của bàn là : Ilđm U2dm ... Cường độ dòng điện định ~iức của bóng đèn là : 2đm 4^7 «0,364 A R2 302,5 Để các dụng cụ điện không bị hỏng thì cường độ dòng điện trong mạch lớn nhất là 0,364 A. Hiệu điện thế lớn nhất có thể đặt vào đoạn mạch nối tiếp là : Umax = Imax(R, + R2) = 0,364(22 + 302,5) « 118 V Công suất tiêu thụ của bàn là : ẩ0! = I2R) - 0,3642.22 «2,91 w. Công suất tiêu thụ của bóng đèn là : 3^2 = 12R^ = 0,3642.302,5 « 40 w. a) Cần phải mắc quạt vào hiệu điện thế đúng bằng hiệu điện thế định mức của nó là 12 V. Cường độ dòng điện chạy qua quạt khi đó là : T 15 / u 12 Điện năng mà quạt sử dụng trong 1 giờ : A = ỗ^t = 15.3600 = 54 000 J. Khi quạt chạy thì điện năng được biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng, trong đó nhiệt năng là phần năng lượng hao phí. Công suất hao phí của quạt là : = (100% - 85%)^ - 0,15.15 = 2,25 w. b) Điện trở của dây nung : R = —- = —— = 44 Q. a) Công suất của bếp điện : UI = 220.6,8 = 1 496 w = 1,496 kW. b) Điện năng mà bếp điện tiêu thụ trong 30 ngày là : A = m = 1,496.30.0,75 = 33,66 kW.h Điện năng có ích mà bếp điện cung cấp trong 30 ngày là : Aci = HA = 0,8.33,66 = 26,928 kw.h 14.9. - Khi điện trở Rị mắc song song với điện trở R2 : u2 . Theo công thức : ể® = -7—, trong đó hiệu điện thế giữa hai đầu các điện trớ bằng nhau nên công suất tiêu thụ của mỗi điện trở tỉ lệ nghịch với điện trở của chúng. r, R2 36 - 3 ^2s R1 12 - Khi điện trở R] mắc nối tiếp với điện trở R2 : Theo công thức : = I2R, trong đó cường độ dòng điện chạy qua các điện trở bằng nhau nên công suất tiêu thụ của mỗi điện trở tỉ lệ thuận với điện trở của chúng. 2n =^- = H = ị=>.9’2„=3SP,n Ro 36 Khi điện trở R] mắc song song với điện trở R2, ta có : u2 u2 , ' u2 u2 m = £_ và 34,s = = -7- ls R, 12 25 R2 36 Khi điện trở Rj mắc nối tiếp với điện trở R2, ta có : \2 và ^2n = <R1 + R2? Rl = \2 yRl + R2 7 R2 = u 12 + 36. 12 + 36; \2 uz 192 u2 •36 = 77 (2) 64 192 Từ(l)và (2) => —^ = ^7 = 16 ln 12 9\, = 169>ln và 3»2> - 3^ 3»n 36 9 c) và u2 u2 u2 3® = 34 + 34. = + -7— = s Is 2s 12 36 9 u2 u2 u2 jp - .44 + .44 = 4- —- = —— n ln 2n 192 64 48 34 48 16 ' => 3°. = V &„■ 14.10. a) RĐ1 = 34. lđm z-2 T j2 r2 = 22=120 vàR -±2dnL = 2_ = 18Q. 3 Đ2 3»2đm 2 Vì hai đèn mắc nối tiếp nên : - RĐ1 ^22djL = 4>8 V. u RĐ1 + RĐ2 u 12 + 18 Hiệu điện thế sử dụng của đèn 6 V - 3 w nhỏ hơn hiệu điện thế định mức của nó nên đèn sáng yếu. Ta có : UĐ2 = u - UĐ1 = 12 - 4,8 = 7,2 V. Hiệu điện thế sử dụng của đèn 6 V - 2 w lớn hơn hiệu điện thế định mức của nó nên đèn này sáng quá mức bình thường, có thể bị hỏng. Cường độ dòng điện định mức của đèn 6 V - 3 w là : T — Uldm _ n 5 Ạ 1lđm - D — V, J /V K1 Cường độ dòng điện định mức của đèn 6 V - 2 w là : ^2đm - Đ? Vì I!dm = 0,5 A > I2đm = I A nên đèn * 6 V - 3 w phải mắc ở mạch chính ; đèn 6 V - 2 w và biến trở phải mắc ở mạch rẽ như sơ đồ mạch điện như hình 14.2 thì các đèn có thể cùng sáng bình thường. d) 1« = IMm - I,dm = IA; R„, = = 36 . 6 h Hình 14.2 ‘bt A=IzbtRb<t = .36.1800 = 1800 J . c. BÀI TẬP BỔ SUNG 14a. Cho ba bóng đèn dây tóc, Đ| ghi 220 V - 100 w, Đ2 ghi 220 V - 60 w, Đ3 ghi 220 V - 40 w được mắc song song với nhau vào mạng điện có hiệu điện thế 200 V. Khi so sánh độ sáng của các bóng đèn ta có : A. Đ] sáng nhất. B. Đ2 sáng nhất. c. Đ3 sáng nhất. D. Ba đèn sáng như nhau. 14b. Cho ba bóng đèn dây tóc, Đị có ghi 12 V - 3 w, Đ2 có ghi 12V-6W, Đ3 có ghi 12 V - 4,5 w được mắc nối tiếp với nhau vào đoạn mạch điện có hiệu điện thế 36 V. Khi so sánh độ sáng của các bóng đèn ta có : A. Đị sáng nhất. B. Đọ sáng nhất. c. Đ3 sáng nhất. D. Ba đèn sáng như nhau.